信號量的操做——semop函數

時間 2019-12-08

標籤信號 semop 函數简体版

原文原文鏈接

信號量的值與相應資源的使用狀況有關，當它的值大於 0 時，表示當前可用的資源數的數量；當它的值小於 0 時，其絕對值表示等待使用該資源的進程個數。信號量的值僅能由 PV 操做來改變。linux

在 Linux 下，PV 操做經過調用semop函數來實現。該函數定義在頭文件 sys/sem.h中，原型以下：

int semop（int semid，struct sembuf *sops，size_t nsops）；

函數的參數 semid 爲信號量集的標識符；參數 sops 指向進行操做的結構體數組的首地址；參數 nsops 指出將要進行操做的信號的個數。 semop 函數調用成功返回 0，失敗返回 -1。

semop 的第二個參數 sops 指向的結構體數組中，每一個 sembuf 結構體對應一個特定信號的操做。所以對信號量進行操做必須熟悉該數據結構，該結構定義在 linux/sem.h，以下所示：

struct sembuf{

unsigned short sem_num; //信號在信號集中的索引，0表明第一個信號，1表明第二個信號

short sem_op; //操做類型

short sem_flg; //操做標誌

};

下面詳細介紹一下 sembuf 的幾個參數：

--------------------------------------------------------------------------------------------------

sem_op 參數：

sem_op > 0 信號加上 sem_op 的值，表示進程釋放控制的資源；

sem_op = 0 若是沒有設置 IPC_NOWAIT，則調用進程進入睡眠狀態，直到信號量的值爲0；不然進程不回睡眠，直接返回 EAGAIN

sem_op < 0 信號加上 sem_op 的值。若沒有設置 IPC_NOWAIT ，則調用進程阻

塞，直到資源可用；不然進程直接返回EAGAIN

sem_flg 參數：

該參數可設置爲 IPC_NOWAIT 或 SEM_UNDO 兩種狀態。只有將 sem_flg 指定爲 SEM_UNDO 標誌後，semadj （所指定信號量針對調用進程的調整值）纔會更新。此外，若是此操做指定 SEM_UNDO ，系統更新過程當中會撤消此信號燈的計數（ semadj ）。此操做能夠隨時進行 --- 它永遠不會強制等待的過程。調用進程必須有改變信號量集的權限。

sem_flg公認的標誌是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。若是操做指定SEM_UNDO，它將會自動撤消該進程終止時。

在標準操做程序中的操做是在數組的順序執行、原子的，那就是，該操做要麼做爲一個完整的單元，要麼不。若是不是全部操做均可以當即執行的系統調用的行爲取決於在我的sem_flg領域的IPC_NOWAIT標誌的存在。
------------------------------------------------------------------------------------------------- 數組

對信號量最基本的操做就是進行PV操做，而System V信號量正是經過 semop 函數和 sembuf 結構體的數據結構來進行PV操做的。

當 sembuf 的第二個數據結構 sem_op 設置爲負數時，是對它進行P操做，即減1操做；當設置爲正數時，就是進行V操做，即加1操做。

下面舉一個對一個信號量集中的某個信號進行 PV 操做的函數實現：

//P操做函數

int sem_p( int semid, int index )

{

struct sembuf buf = { 0, -1, IPC_NOWAIT};

if ( index < 0 )

{

perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );

return -1;

}

buf.sem_num = index;

if ( semop ( semid, &buf, 1) == -1)

{

perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );

return -1;

}

return 0;

}

//V操做函數

int sem_p( int semid, int index )

{

struct sembuf buf = { 0, 1, IPC_NOWAIT};

if ( index < 0 )

{

perror ( "index of array cannot equals a minus value!\n" );

return -1;

}

buf.sem_num = index;

if ( semop ( semid, &buf, 1) == -1)

{

perroe ( " a wrong operation to semaphore occurred!\n" );

return -1;

}

return 0;

}

========================================================================

T&T的貝爾實驗室，對Unix早期的進程間通訊進行了改進和擴充，造成了"system V IPC"，其通訊進程主要侷限在單個計算機內。IPC對象指的是共享內存(share memory)、消息隊列(message queue)和信號燈集(semaphore)。數據結構

信號燈(semaphore)，也叫信號量。它是不一樣進程間或一個給定進程內部不一樣線程間同步的機制。System V的信號燈是一個或者多個信號燈的一個集合。其中的每個都是單獨的計數信號燈。System V 信號燈由內核維護。主要函數semget，semop，semctl。函數

本文重點介紹的是semop函數。該函數主要功能是對信號燈進行P/V操做。post

P操做責把當前進程由運行狀態轉換爲阻塞狀態，直到另一個進程喚醒它。操做爲：申請一個空閒資源（把信號量減1），若成功，則退出；若失敗，則該進程被阻塞；spa

V操做負責把一個被阻塞的進程喚醒，它有一個參數表，存放着等待被喚醒的進程信息。操做爲：釋放一個被佔用的資源（把信號量加1），若是發現有被阻塞的進程，則選擇一個喚醒之。操作系統

semop函數原型以下：線程

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);xml

semop操做中：sembuf結構的sem_flg成員能夠爲0、IPC_NOWAIT、SEM_UNDO 。爲SEM_UNDO時，它將使操做系統跟蹤當前進程對這個信號量的修改狀況，若是這個進程在沒有釋放該信號量的狀況下終止，操做系統將自動釋放該進程持有的。對象

sembuf結構的sem_flg成員爲SEM_UNDO時，它將使操做系統跟蹤當前進程對這個信號量的修改狀況，若是這個進程在沒有釋放該信號量的狀況下終止，操做系統將自動釋放該進程持有的信號量

問題描述：假設父子進程對一個文件進行寫操做，可是這個文件同一時間只能有一個進程進行寫操做。

示例程序以下：

#include <stdio.h>
        //……此處省略了頭文件
        void P(int sid)
        {
            struct sembuf sem_p;
            sem_p.sem_num = 0;
            sem_p.sem_op = -1;
            sem_p.sem_flg = 0;

            if (semop(sid, &sem_p, 1) == -1)
            {
                perror("p op failed");
                exit(1);
            }
        }

        void V(int sid)
        {
            struct sembuf sem_p;
            sem_p.sem_num = 0;
            sem_p.sem_op = 1;
            //sem_p.sem_flg = SEM_UNDO;
            sem_p.sem_flg = 0;

            if (semop(sid, &sem_p, 1) == -1)
            {
                perror("v op failed");
                exit(1);
            }
        }

        int main(int argc, char * argv[ ])
        {
            pid_t pid;
            int fd;
            key_t key;
            int sid;

            if ((fd = open("semset", O_RDWR | O_CREAT, 0666)) == -1)
            {
                perror("open");
                exit( -1);
            }

            if ((key=ftok("semset", 'a')) == -1)
            {
                perror("ftok");
                return -1;
            }

            if ((sid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666)) == -1)
            {
                perror("createSemset");
                exit(-1);
            }

            if( -1==semctl(sid, 0, SETVAL, 1) )
            {
                perror("SETVAL");
                exit(1);
            }

            if ((pid=fork()) == -1)
            {
                perror("fork");
                exit(-1);
            }
            else if ( 0 == pid )
            {
                while(1)
                {
                    P(sid);
                    printf("child writing\n");
                    sleep(1);
                    printf("child finish post\n");

                    V(sid);
                }
            }
            else
            {
                while(1)
                {
                    P(sid);
                    printf("parent writing");

                    sleep(1);
                    printf("parent writing finish post\n");

                    V(sid);
                }
            }

            return 0;
        }

在該程序中，父子進程都有可能執行P操做成功，所以，兩個進程中的提示語句，交替顯示。若經過kill命令把其中一個進程殺死，且該進程尚未執行V操做釋放資源。若使用SEM_UNDO標誌，則操做系統將自動釋放該進程持有的信號量，從而使得另一個進程能夠繼續工做。若沒有這個標誌，另外進程將P操做永遠阻塞。

所以，通常建議使用SEM_UNDo標誌。

=================================================

IPC_NOWAIT：當指定的操做不能完成時，進程不等待當即返回，返回值爲-1，errno置爲EAGAIN。